حالة التطبيق واتجاه التطوير لسبائك الألومنيوم في السيارات الأوروبية

تشتهر صناعة السيارات الأوروبية بصناعتها المتقدمة والمبتكرة للغاية. مع تعزيز سياسات توفير الطاقة وخفض الانبعاثات، من أجل تقليل استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يتم استخدام سبائك الألومنيوم المحسنة والمصممة بشكل مبتكر على نطاق واسع في تصميم السيارات. وفقا للإحصاءات، في السنوات العشر الماضية، تضاعف متوسط ​​كمية الألومنيوم المستخدمة في سيارات الركاب، ويظهر انخفاض وزن سبائك الألومنيوم في الشكل 1 أدناه. واستناداً إلى مفاهيم التصميم المبتكرة، سيستمر هذا الاتجاه في السنوات القليلة المقبلة.

وفي عملية تطوير الوزن الخفيف، تواجه سبائك الألومنيوم منافسة شرسة مع مواد جديدة أخرى، مثل الفولاذ عالي القوة، والذي لا يزال بإمكانه الحفاظ على قوته العالية بعد التصميم ذو الجدران الرقيقة. بالإضافة إلى ذلك، هناك مواد مركبة من المغنيسيوم والتيتانيوم والزجاج أو ألياف الكربون، والتي تستخدم بالفعل على نطاق واسع في مجال الطيران. الآن تم دمج مفهوم التصميم متعدد المواد في تصميم السيارات، ويتم بذل الجهود لتطبيق المواد المناسبة على الأجزاء المناسبة. التحدي المهم للغاية هو مشكلة الاتصال ومعالجة السطح، وقد تم تطوير حلول مختلفة، مثل كتلة المحرك ومكونات مجموعة نقل الحركة، وتصميم الإطار (Audi A2، A8، BMW Z8، Lotus Elise)، هيكل اللوحة الرقيقة (Honda NSX ، جاكوار، روفر)، نظام التعليق (فئة DC-E، رينو، بيجو) وتصميم المكونات الهيكلية الأخرى. ويبين الشكل 2 مكونات الألمنيوم المستخدمة في السيارات.

استراتيجية تصميم BIW

يعتبر الجسم ذو اللون الأبيض هو أثقل جزء في السيارة التقليدية، حيث يمثل 25% إلى 30% من وزن السيارة. يوجد تصميمان هيكليان في تصميم الجسم باللون الأبيض.

1. "تصميم إطار مساحة الملف الشخصي" للسيارات الصغيرة والمتوسطة الحجم: أودي A8 هي مثال نموذجي، هيكل باللون الأبيض يزن 277 كجم، ويتكون من 59 مقطعًا (61 كجم)، و31 قالبًا (39 كجم) و170 لوحًا معدنيًا (177 كجم). يتم ربطهم عن طريق التثبيت، واللحام MIG، واللحام بالليزر، واللحام الهجين الآخر، واللصق، وما إلى ذلك.

2. "هيكل أحادي من الصفائح المعدنية المصبوبة" لتطبيقات السيارات ذات السعة المتوسطة والكبيرة: على سبيل المثال، جاكوار XJ (X350)، موديل 2002 (كما هو موضح في الشكل 4 أدناه)، كتلة 295 كجم "هيكل أحادي الهيكل مختوم" يتكون الجسم باللون الأبيض من 22 شكلاً جانبيًا (21 كجم)، و15 مصبوبًا (15 كجم) و273 قطعة من الصفائح المعدنية (259 كجم). تتضمن طرق التوصيل الربط، التثبيت، ولحام MIG.

تطبيق سبائك الألومنيوم على الجسم

1. سبائك Al-Mg-Si المتصلبة بالعمر

تحتوي سبائك سلسلة 6000 على المغنيسيوم والسيليكون وتستخدم حاليًا في صفائح هياكل السيارات مثل A6016 وA6111 وA6181A. في أوروبا، يتمتع 1-1.2 مم EN-6016 بقابلية تشكيل ممتازة ومقاومة للتآكل ويستخدم على نطاق واسع.

2. سبيكة Al-Mg-Mn غير قابلة للمعالجة بالحرارة

نظرًا لتصلبها عالي الضغط، تظهر سبائك Al-Mg-Mn قابلية تشكيل ممتازة وقوة عالية، وتستخدم على نطاق واسع في صفائح السيارات المدرفلة على الساخن والمدرفلة على البارد والأنابيب المشكلة مائيًا. يعد التطبيق في الهيكل أو العجلات أكثر فعالية لأن تقليل كتلة الأجزاء المتحركة غير المعلقة يعزز راحة القيادة ويقلل مستويات الضوضاء.

3. ملف الألمنيوم

في أوروبا، تم اقتراح مفاهيم جديدة تمامًا للسيارات تعتمد على تصميم مقاطع الألمنيوم، على سبيل المثال، إطارات سبائك الألومنيوم والهياكل الأساسية المعقدة. إن إمكاناتها الكبيرة للتصميمات المعقدة والتكامل الوظيفي تجعلها أكثر ملاءمة لإنتاج سلسلة فعالة من حيث التكلفة. نظرًا لأن التبريد مطلوب أثناء البثق، يتم استخدام سبائك متوسطة القوة 6000 وعالية القوة 7000 قابلة للتصلب. يتم التحكم في القابلية للتشكيل والقوة النهائية من خلال التصلب بالعمر عن طريق التسخين اللاحق. تُستخدم مقاطع سبائك الألومنيوم بشكل أساسي في تصميم الإطار وعوارض التصادم ومكونات التصادم الأخرى.

4. صب الألمنيوم

المسبوكات هي مكونات الألومنيوم الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في السيارات، مثل كتل المحرك ورؤوس الأسطوانات ومكونات الهيكل الخاصة. حتى محركات الديزل، التي زادت حصتها في السوق بشكل كبير في أوروبا، تتحول إلى سبائك الألومنيوم بسبب الطلب المتزايد على القوة والمتانة. وفي الوقت نفسه، يتم أيضًا استخدام مصبوبات الألومنيوم في تصميم الإطار وأجزاء العمود والأجزاء الهيكلية، وقد حقق الصب عالي الضغط لسبائك الألومنيوم AlSiMgMn الجديدة قوة وليونة أعلى.

الألومنيوم هو المادة المفضلة للعديد من تطبيقات السيارات مثل الهيكل والجسم والعديد من المكونات الهيكلية نظرًا لكثافته المنخفضة وقابليته للتشكيل الجيدة ومقاومته الجيدة للتآكل. يمكن للألمنيوم المستخدم في تصميم هيكل الجسم أن يحقق انخفاضًا في الوزن بنسبة 30% على الأقل في ظل فرضية تلبية متطلبات الأداء. كما يمكن تطبيق سبائك الألومنيوم على معظم أجزاء الغطاء الحالي. في بعض الحالات ذات متطلبات القوة العالية، لا يزال بإمكان سبائك سلسلة 7000 الحفاظ على مزايا الجودة. ولذلك، بالنسبة للتطبيقات ذات الحجم الكبير، فإن حلول تقليل وزن سبائك الألومنيوم هي الطريقة الأكثر اقتصادا.

حرره ماي جيانغ من MAT Aluminium